在汽車(chē)生產(chǎn)制造中，有很大一部分金屬零件采用沖壓加工成型的方法得到，沖壓工藝是汽車(chē)生產(chǎn)的一種重要工藝方法。沖壓加工具有生產(chǎn)效率高、成本低、精度一致性好和材料利用率高等特點(diǎn)。

車(chē)身上的各類覆蓋件，車(chē)內(nèi)支撐件等大量的汽車(chē)零部件都采用沖壓工藝加工制造，沖壓件在汽車(chē)零部件中占有很大比例，所以沖壓加工方式的水平和能力，在很大程度上決定著我國(guó)汽車(chē)制造的成本和質(zhì)量，也影響著其他包含沖壓加工生產(chǎn)的行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

汽車(chē)沖壓件在沖壓成型過(guò)程中，由于模具配合和振動(dòng)等原因，經(jīng)常出現(xiàn)表面起皺、面畸變、局部凹陷及凸起等現(xiàn)象，導(dǎo)致汽車(chē)沖壓件表面產(chǎn)生較大的形狀誤差，甚至成為廢品，典型的幾類沖壓件表面缺陷如圖所示：

各類沖壓缺陷的存在會(huì)對(duì)沖壓件的使用造成不同程度的影響，如汽車(chē)車(chē)身外覆蓋件的表面質(zhì)量直接影響噴漆后局部目視效果，影響產(chǎn)品的外觀和后續(xù)銷(xiāo)售。

01

汽車(chē)沖壓件檢測(cè)現(xiàn)狀

目前在汽車(chē)沖壓件生產(chǎn)中，對(duì)沖壓件表面質(zhì)量的檢測(cè)主要有目視檢測(cè)、觸摸檢測(cè)、油石打磨、涂油檢測(cè)和檢具檢測(cè)等方法。

其中，目視檢測(cè)主要用于可視結(jié)構(gòu)的檢測(cè)，如料邊和棱線；觸摸檢測(cè)主要用于表面凸起和凹陷的檢測(cè)；油石打磨用于檢測(cè)外表面缺陷；檢具檢測(cè)用于孔徑和特殊孔的檢測(cè)， 幾種傳統(tǒng)的沖壓件表面質(zhì)量檢測(cè)方法如圖所示。

傳統(tǒng)的沖壓件表面缺陷檢測(cè)方法具有如下不足：

1） 檢測(cè)效率低， 結(jié)果不可靠

傳統(tǒng)的汽車(chē)沖壓件缺陷主要依靠檢驗(yàn)人員目視檢測(cè)，需要專門(mén)的檢測(cè)人員進(jìn)行檢測(cè)，時(shí)間和精力投入都很大，檢測(cè)的結(jié)果容易受到檢測(cè)人員的主觀性影響，不同的檢測(cè)人員得到的檢測(cè)結(jié)果差異較大，可靠性較差，可信度低；

2） 質(zhì)量跟蹤比較困難

傳統(tǒng)檢測(cè)方法的結(jié)果粗糙，缺少標(biāo)準(zhǔn)的、量化的指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)沖壓件的質(zhì)量。同時(shí)，檢測(cè)數(shù)據(jù)的缺失使得后期建立完整的質(zhì)量跟蹤體系存在著很大的難點(diǎn)，不利于沖壓工藝方法的進(jìn)步；

3） 產(chǎn)品數(shù)字化集成困難

由于傳統(tǒng)的沖壓件檢測(cè)方法存在的缺點(diǎn)，檢測(cè)過(guò)程和結(jié)果過(guò)于依靠檢測(cè)人員的工作經(jīng)驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)也不能及時(shí)錄入檢測(cè)部門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)這就為企業(yè)不同部門(mén)之間的技術(shù)交流增加了困難，甚至引起生產(chǎn)部門(mén)，技術(shù)部門(mén)和質(zhì)量部門(mén)之間的推諉糾纏，不利于企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)作為近些年來(lái)被廣泛使用的非接觸式檢測(cè)方法，在檢測(cè)效率和檢測(cè)精度方面有著其他檢測(cè)方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，可以克服人工檢測(cè)容易視覺(jué)疲勞的缺點(diǎn)，特別適合大批量大規(guī)模生產(chǎn)的沖壓工藝產(chǎn)品表面缺陷檢測(cè)。

02

沖壓件表面缺陷分析

沖壓件作為汽車(chē)制造行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的零部件，其表面缺陷產(chǎn)生的機(jī)理與種類與其他金屬加工方式有所不同。

通常所說(shuō)的冷沖壓工藝是在常溫條件下由安裝在沖壓機(jī)上的沖壓模具對(duì)金屬毛坯進(jìn)行相關(guān)沖壓工序操作（如沖裁， 拉延， 成形， 落料和沖孔等） 獲得零部件的一種壓力加工方式，在不同的沖壓工序中，容易產(chǎn)生的各類沖壓缺陷也不盡相同。

汽車(chē)沖壓件常見(jiàn)的表面缺陷種類以及具體呈現(xiàn)形式如圖所示：

1） 壓痕：壓痕缺陷產(chǎn)生的工序不確定，多是由于沖壓異物擠壓表面導(dǎo)致的。大多數(shù)情況為拉延工序時(shí)有物料導(dǎo)出不暢通，以至于殘留的廢料掉入模具內(nèi)使得下面工序擠壓導(dǎo)致了壓痕缺陷。

2） 劃痕：此類缺陷產(chǎn)生的原因主要包括以下幾個(gè)方面，比如工件原材料本身的自帶缺陷，零件運(yùn)輸過(guò)程中接觸干涉導(dǎo)致的缺陷，成品裝箱接觸刮碰產(chǎn)生，加工工位需要轉(zhuǎn)運(yùn)摩擦碰撞產(chǎn)生；

3） 少孔：此類缺陷產(chǎn)生的原因包括沖頭漏裝或折斷，沖壓件少孔是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和要求所不允許的；

4） 邊緣缺料：沖壓件邊緣缺料缺陷發(fā)生在拉延工序，主要原因是由于模具與沖壓件定位有誤差，沖壓位置不準(zhǔn)確，或者是材料流動(dòng)速度偏快導(dǎo)致了缺料缺陷

03

光源系統(tǒng)分析

選擇和設(shè)計(jì)光源系統(tǒng)的規(guī)律和原則主要包括包括以下幾個(gè)方面：

1）增強(qiáng)待處理的物體特征；

2）減弱非檢測(cè)目標(biāo)的物體和降低相關(guān)噪聲；

3）不引入額外的干擾特征。

沖壓件表面壓痕和劃痕缺陷的打光方式較為復(fù)雜，主要原因有兩方面：一方面是待測(cè)工件表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表面光亮，反光情況嚴(yán)重；另一方面是缺陷細(xì)微，難以通過(guò)照明突出。

針對(duì)可能包含少孔缺陷和邊緣缺料缺陷的工件的打光對(duì)比試驗(yàn)， 采取了以下打光方式：

環(huán)形光源照明方式

04

檢測(cè)要求及相機(jī)選擇

選擇合適的工業(yè)相機(jī)首先應(yīng)當(dāng)考慮的是相機(jī)的分辨率，相機(jī)像素精度的選擇方法可以依據(jù)一個(gè)方向視野的大小除以單方向分辨率得到，即相機(jī)單方向分辨率 =單方向視野范圍大小 ÷ 理論精度。

本文所研究的汽車(chē)沖壓外觀件和結(jié)構(gòu)件尺寸以及其缺陷大小尺寸見(jiàn)表：

結(jié)合檢測(cè)缺陷任務(wù)，功能件需要整體拍攝并在視野范圍內(nèi)識(shí)別缺陷，而針對(duì)外觀件來(lái)說(shuō)，其尺寸較大， 缺陷較小，不能整體拍攝（工件占全視野），并根據(jù)在大視野范圍內(nèi)識(shí)別小缺陷。

本文先按照功能件缺陷大小選擇相機(jī)分辨率， 再用外觀件驗(yàn)證。

按照目標(biāo)物體占到視野百分之七十計(jì)算，單方向分辨率：

200 ÷ 5 ÷ 0.7 = 57.14

假設(shè)選擇 130 萬(wàn)像素（1280 × 1024） 相機(jī)，拍攝外觀件時(shí)視野范圍內(nèi)外觀件大小為 X ，則有：

X ÷ 0.2 ≤ 1024 ÷ 3

X 為68.27，意味著視野范圍內(nèi)包含的外觀件單方向尺寸不超過(guò)68.27mm，即可有效穩(wěn)定識(shí)別劃痕和壓痕。

圖像采集硬件平臺(tái)

05

外觀缺陷檢測(cè)

表面壓痕檢測(cè)

包含壓痕和劃痕缺陷工件表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，曲面特征較多，不同的打光效果會(huì)對(duì)拍攝效果造成很大影響。

最終識(shí)別出的壓痕缺陷等效橢圓短半軸長(zhǎng)為 4.94128，長(zhǎng)半軸為 30.9174，面積為453（圖中紅色缺陷，對(duì)應(yīng)實(shí)際工件缺陷寬度為 1 毫米。

表面劃痕檢測(cè)

沖壓件表面劃痕的特點(diǎn)是比壓痕更加細(xì)微，肉眼檢測(cè)需要從側(cè)面調(diào)整角度觀看才行，而且肉眼檢測(cè)大量工件會(huì)造成視覺(jué)疲勞，從而導(dǎo)致漏檢、誤檢。

采取紅色無(wú)影光源側(cè)向打光，突出待檢測(cè)部位劃痕， 使得劃痕缺陷成為高亮度特征。

檢測(cè)出的劃痕缺陷區(qū)域等效橢圓短半軸長(zhǎng)為 4.3264， 長(zhǎng)半軸為 93.1809， 面積為1009。按照寬度為 0.2 毫米， 在此檢測(cè)環(huán)境下， 可以檢測(cè)的劃痕最小寬度為 0.1 毫米。

審核編輯：郭婷